Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 32

5 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 32

Добавление армирования стекловолокном к компатибилизированным смесям оказывает сильное влияние на изменение механических свойств материала. В частности, стеклянные волокна имеют тенденцию устранять влияние HDPE на свойства, а также они устраняют двухфакторные взаимодействия, наблюдаемые в совместимых смесях. В общем, армирование стекловолокном увеличивает модуль упругости при изгибе, предел прочности на разрыв и температуру тепловой деформации, уменьшая при этом удлинение при разрыве и сужая диапазон ударной вязкости по Изоду по сравнению с совместимыми смесями эквивалентного состава. Эти эффекты убедительно свидетельствуют о том, что критическим фактором при определении баланса цены и качества армированных смесей являются физические свойства, причем наиболее важные для выбранного применения. Например, если температура теплового отклонения не является критическим свойством, уровень HDPE не является проблемой. Стоимость зависит от количества добавки Kraton, необходимого для достижения желаемого свойства. Это отличается от совместимых смесей, где рабочие окна сильно зависели от состава и скорости сдвига при определении баланса стоимости и свойств.

Теперь рассмотрим ударные свойства полипропилена, его смесей и композитов. Около 30% от общего годового производства полимеров используется в смесях, и около 80% этих смесей производятся для повышения ударной вязкости полимера. Прочность полимерных материалов очень часто является решающим параметром при выборе материалов для широкого спектра применений, таких как автомобилестроение, бытовая техника, строительство, коммунальные услуги, спортивные товары, а также трубы для различных применений и другие элементы трубопроводных систем. Многие изделия из полимеров в течение срока службы подвергаются ударным нагрузкам. Высокие скорости деформации, низкие температуры и наличие концентраторов напряжения часто приводят к охрупчиванию материалов, даже если они ведут себя пластично при низких скоростях деформации или более высоких температурах. Таким образом, склонность материала к хрупкому разрушению вызывает серьезное беспокойство, особенно в инженерных приложениях. Модификация коммерческих полимеров для повышения их вязкости стала новой важной областью полимерной науки. Коммерческий успех материалов HIPS и ABS (смотрите, например, характеристики трубопроводных систем Cool-Fit от Georg Fischer) привел к разработке целой группы пластиков, упрочненных резиной. Мы уже предоставляли данные о тенденциях использования полипропиленовых смол в качестве рентабельной замены технических полимеров.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 32

С развитием специализированных сополимеров полипропилена (которые также рассматривались) и материалов для ударной модификации (которые еще будут рассматриваться) композиты наполнителей и волокнистого армирования могут быть эффективно усилены, чтобы конкурировать с продуктами полиамидного типа. Поскольку ударная модификация смесей и композитов полипропилена представляет собой важную область и вызывает серьезный коммерческий интерес, специалисты стремятся понять механизмы, лежащие в основе достижения повышения ударной вязкости. Большинство этих механизмов также действует в чистых полимерах, однако включение вторичной фазы или другого компонента изменяет их способ работы или вводит механизмы, которые не встречаются в чистом полимере. Основными факторами рассеивания механической энергии в области поперечного сечения и появления возможных трещин являются механизмы сдвига. Растрескивание наиболее важно для стеклообразных термопластов, таких, как поликарбонат (ПК), полистирол с высокой ударной вязкостью (HIPS), полиметилметакрилат (ПММА), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), а текучесть при сдвиге является основным механизмом деформации термореактивных пластиков (эпоксиды, ненасыщенные полиэфиры) и полукристаллические термопласты с достаточно высокой степенью кристалличности (полипропилен, полиамид 6 (ПА6), полиэтилен).

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 32

Податливость при сдвиге и растрескивание не являются взаимоисключающими для данных групп материалов. Очень часто оба режима разрушения могут работать в одном и том же образце одновременно. Кроме того, относительный вклад будет зависеть от условий испытаний (температура, скорость деформации, радиус вершины трещины) и от структурных переменных (кристаллическая морфология, связующие молекулы, молекулярная структура). Часто переход основного механизма деформации от сдвига к образованию трещин или наоборот сопровождается внезапным изменением ряда свойств. Это часто называют вязко-хрупким переходом (DBT). Следовательно, низкотемпературная ударопрочность материалов на основе полипропилена является ключевым фактором при выборе материала для формованных деталей, подвергающихся воздействию температуры окружающей среды до - 40 °C. В этом отношении эластомеры, которые будут описаны далее, обеспечивают снижение DBT значительно ниже требований конечного использования. Дополнительные диссипативные процессы возникают из-за присутствия вторичного компонента в полимерной матрице или из-за взаимодействий между основным полимером и вторичными частицами. Для данного полимерного композита может существовать кавитация включений, межфазная кавитация, деформация частиц и закрепление трещин составляющими частицами.

Принято считать, что наиболее эффективными диссипативными процессами являются процессы с большой пластической деформацией до образования трещины. Эти большие пластические деформации возникают при сдвиге и растрескивании. Однако крайняя локализация пластических деформаций в небольших объемах приводит к макроскопическому разрушению, инициированному в этих областях. Это еще более выражено вблизи уже существующих трещин или надрезов, нагруженных при высоких скоростях деформации или при низких температурах. Очевидным методом увеличения количества рассеиваемой энергии является увеличение объема полимера, участвующего в деформации сдвига или образовании трещин. Это наиболее эффективно достигается путем включения вторичного компонента с подходящими эластичными свойствами, размером включений и межфазной адгезией к основе. Наиболее часто используемые вторичные компоненты или добавки, повышающие ударную вязкость, представляют собой эластомеры, за которыми следуют термопластические включения и, в некоторых случаях, жесткие неорганические частицы и армирующие элементы. Этот тип вторичных включений контролирует механизм первичной деформации в микроскопическом масштабе. В случае хрупкого поведения жестких термореактивных материалов увеличение текучести при сдвиге достигается путем снижения степени сшивки за счет увеличения молекулярной массы и гибкости цепей между сшивками.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 32

Среди процессов упрочнения, которых нет в чистых полимерах, наиболее важными являются закрепление трещин жесткими частицами в термореактивных пластиках, разрыв вторичных компонентов, кавитация частиц эластомера и обезвоживание полимеров, модифицированных каучуком. Большой сдвиг в вершине трещины является основным механизмом рассеивания механической энергии во многих вязких полимерах. С другой стороны, считается, что возникновение локализованного сдвига является предвестником хрупкого разрушения многих полимеров. В настоящее время установлено, что делокализация полос сдвига может быть достигнута во многих в противном случае хрупких полимерах путем включения вторичного компонента. Это явление также описывается как распространение сдвиговой текучести по большему объему материала в вершине трещины. Это особенно актуально, когда модуль упругости вторичного полимерного компонента существенно ниже, чем у матрицы. Специалисты наблюдали типичные особенности текучести при сдвиге в гетерогенном терполимере АБС при одноосной растягивающей нагрузке. На микроскопическом или структурном уровне отдельных частиц каучука было обнаружено, что полимерная матрица претерпевала локализованную пластическую деформацию практически вокруг каждой отдельной частицы каучука. В случае ранее существовавшей трещины или дефекта такой же эффект наблюдался для материала в пластической зоне трещины, который, кроме того, был значительно больше, чем в случае немодифицированного полимера.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 32

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад